颍上复线船闸基坑支护方案设计
2013-03-02孙加鑫
孙加鑫
（安徽水利开发股份有限公司 蚌埠 233000）
颍上复线船闸基坑支护方案设计
孙加鑫
（安徽水利开发股份有限公司 蚌埠 233000）
颍上复线船闸和现有船闸两船闸轴线间距为62m，拟建复线基坑开挖深度为20.3～22.2m，为保证基坑开挖过程中不影响现有船闸的安全运行，通过技术经济比较，采取灌注桩支护措施，并通过安全符合验算，支护措施安全可靠。
复线船闸 基坑支护 灌注桩 隆起量
1 工程概况
拟建颍上复线船闸位于沙颍河下段，距上游阜阳船闸约80km，距下游入淮河口45km，现有船闸规模为180m× 12m×3m（闸室长×口门宽×槛上水深，下同），其通航能力已不能满足现在的航运要求，拟在现有船闸的左侧新建一座Ⅳ级复线船闸，规模为180m×24m×3m，上闸首为2级建筑物，闸室和下闸首为3级建筑物，导航墙、靠船墩等为4级建筑物。拟建复线船闸轴线和现有船闸轴线距离为62m，根据现场场地条件和目前国内基坑支护的主流方式，设计中对基坑支护进行了技术经济比较后，选用灌注桩支护方案。
2 基坑支护形式选择
基坑需要支护的部位有三部分，分别为上闸首（包括上游导航墙）、闸室、下闸首（包括下游导航墙），基坑最大开挖深度超过22m。基坑开挖以不影响现有船闸的稳定和正常运行为原则，根据地质资料，若按1∶2边坡开挖（每4～5m高留一道平台），上边线至现有船闸左侧17m高程，将影响现有船闸的稳定，闸室和上下闸首左边将会有一半以上的高度临空，船闸将会产生向左侧倾斜等不利影响，影响现有船闸的正常运行，甚至可能使现有船闸报废，其影响和损失巨大。根据稳定验算，现有船闸上下闸首两侧的填土可对称卸载至24m高程，闸室两侧填筑可对称卸载至26m高程，卸载后保留平台宽度7～10m，再按1∶2坡度开挖，在距建筑物外边线2m处采取支护措施，可保持闸室及闸首稳定。设计对采用灌注桩和钢板桩支护进行了比较，钢板桩施工速度快和方便，但其投资较灌注桩方案多290万元，且钢板桩振动拔除过程中可能会对主体建筑产生影响，综合比较后采用灌注桩支护方案。
拟在基坑右侧布置一排支护桩，桩顶以上按1∶2放坡开挖，每4～5m高设一道2m宽平台，坡顶距现有船闸道外边线约8～10m。经分析计算，选用桩径1.2m的混凝土灌注桩，嵌入深度按《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120—99）悬臂式支护结构计算，分别得出：上闸首基坑开挖高程7.8m，hd=13.5m，桩顶高程16m，桩底高程-4.7m，桩长20.7m，桩距1.6m，共42根；闸室基坑开挖高程9.5m，hd=11m，桩顶高程16m，桩底高程-0.2m，桩长16.2m，桩距2.4m，共74根；下闸首基坑开挖高程6.8m，hd=18.1m，桩顶高程16m，桩底高程-10.3m，桩长26.3m，桩距1.2m，共53根。支护桩参数表见表1。
表1 支护桩参数表
3 稳定计算
闸址处土质分为5层，以粘土为主，偶夹粉土层及粘土层夹细砂。各土层的抗剪强度和渗透系数见表2。
表2 各土层渗透系数
选取上闸首作为典型计算，其余计算简图及闸室和下闸首限于篇幅略，同时闸室四周考虑高喷截渗墙围封，计算过程已考虑截渗。
3.1 嵌固深度计算
计算参数：嵌固深度系数为1.2，抗渗嵌固系数为1.2。
按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—99）悬臂式支护结构计算嵌固深度hd值，规范公式如下：
式中：∑Epj——桩、墙底以上根据基坑内侧各土层水平抗力标准值epjk的合力之和（kN）；
hp——合力∑Epj作用点至桩、墙底的距离（m）；
∑Eai——桩、墙底以上根据基坑外侧各土层水平荷载标准值eaik的合力之和（kN）；
ha——合力∑Eai作用点至桩、墙底的距离（m）；
γ0——建筑基坑侧壁重要性系数；对应基坑安全等级二级取1.0；
β——嵌固深度的安全系数，规范值取1.2。
计算得 ：β=1.200，γ0=1.000，hp=5.017m，∑ Epj= 3888.435kPa，ha=7.319m，∑Eai=2219.211kPa，得到 hd= 13.200m，hd采用值为：15.000m。
3.2 整体稳定验算
计算方法：瑞典条分法，条分法中的土条宽度为1.00m；应力状态：总应力法。
滑裂面数据：圆弧半径（m）R=35.090，圆心坐标X（m）X=-8.758，圆心坐标Y（m）Y=18.248，整体稳定安全系数Ks=1.619
3.3 抗倾覆稳定性验算
式中：Mp——被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩，对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定。
Ma——主动土压力对桩底的倾覆弯矩。
锚固力计算依据桩体实际锚固长度计算。
计算得：MP=27137.603kN·m，Ma=20550.74kN·m，Ks= 1.329＞=1.20，满足规范要求。
3.4 抗隆起验算
抗隆起安全系数分别按Prandtl（普朗德尔）公式和Terzaghi（太沙基）公式计算，安全系数均满足要求，本文仅列出Prandtl（普朗德尔）公式的计算过程。
Ks=1.311＞=1.1,满足规范要求（Ks＞=1.1～1.2），《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）（冶金部）。
3.5 隆起量计算
按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理。
式中：δ——基坑底面向上位移（mm）；
N——从基坑顶面到基坑底面处的土层层数；
ri——第i层土的重度，地下水位以上取土的天然重度，地下水位以下取土的饱和重度（kN/m3）；
Hi——第i层土的厚度（m）；
Q——基坑顶面的地面超载（kPa）；
D——桩（墙）的嵌入长度（m）；
H——基坑的开挖深度（m）；
C——桩（墙）底面处土层的粘聚力（kPa）；
Φ——桩（墙）底面处土层的内摩擦角（度）；
r——桩（墙）顶面到底处各土层的加权平均重度（kN/m3）。
计算取δ=0（mm）3.6抗承压水（突涌）验算
式中：Pcz——基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重压力（kN/m2）；
Pwy——承压水层的水头压力（kN/m2）；
Ky——抗承压水头（突涌）稳定性安全系数，规范要求取大于1.050。
Ky=40.00/30.00=1.33＞=1.05。基坑底部土抗承压水头稳定。
4 结语
颍上复线船闸基坑开挖靠现有船闸侧采用灌注桩支护，根据安全稳定计算，支护方案经济可行■
